KR102045273B1 - Heat pump - Google Patents
Heat pump Download PDFInfo
- Publication number
- KR102045273B1 KR102045273B1 KR1020187014310A KR20187014310A KR102045273B1 KR 102045273 B1 KR102045273 B1 KR 102045273B1 KR 1020187014310 A KR1020187014310 A KR 1020187014310A KR 20187014310 A KR20187014310 A KR 20187014310A KR 102045273 B1 KR102045273 B1 KR 102045273B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat
- air
- heat pump
- water
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 140
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 29
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
- F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
- F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2300/00—Special arrangements or features for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
- F25B2339/04—Details of condensers
- F25B2339/047—Water-cooled condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
히트 펌프(2)는 입력 전력에 의해 구동되는 모터(6)와, 모터(6)와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기(8)와, 제1 압축기(8)에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기(14)와, 제1 열교환기(14)에서 열교환하여 승온한 물을 취출하는 제1 온수 취출구(38)를 구비한다. 이와 같이, 공기 냉매 히트 펌프(2)에 있어서, CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여, 온열을 공급할 수 있다.The heat pump 2 is a motor 6 driven by an input electric power, a first compressor 8 that is mechanically connected to the motor 6, and compresses air, and a compression that is compressed by the first compressor 8. The 1st heat exchanger 14 which heat-exchanges with air and water, and the 1st hot water outlet 38 which takes out the water heated by heat-exchanging in the 1st heat exchanger 14 are provided. In this way, in the air refrigerant heat pump 2, by using a part of the CAES technology as the heat pump, it is possible to supply heat using only air and water.
Description
본 발명은 히트 펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 공기를 냉매로 하는 히트 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump. More specifically, the present invention relates to a heat pump using air as a refrigerant.
종래의 히트 펌프는 냉매로서 주로 HFC(HydroFluoroCarbon) 프레온계나 CO2를 사용하고 있다. 이로 인해, 냉매가 누설되면, 온난화나 대기 중의 CO2 증대가 염려된다. 따라서, 지구 환경에 악영향을 미치지 않는 자연 냉매에 의한 냉난방 시스템이 검토되고 있다.Conventional heat pumps mainly use HFC (HydroFluoroCarbon) freon or CO 2 as the refrigerant. Accordingly, when the refrigerant is leaked, the CO 2 increase in the warming and air is concerned. Therefore, the air-conditioning system by the natural refrigerant which does not adversely affect the global environment is examined.
현상의 히트 펌프의 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 90℃ 및 7℃의 열공급 조건에서 비교하면 이하의 정도이다.The coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance) of the developed heat pump is compared with the heat supply conditions of 90 degreeC and 7 degreeC, and is the following grades.
자연 냉매(CO2) 히트 펌프: COP 3.0Natural Refrigerant (CO 2 ) Heat Pump: COP 3.0
흡수식 히트 펌프: COP 1.5Absorption Heat Pumps: COP 1.5
흡착식 히트 펌프: COP 0.6 내지 0.7Adsorption Heat Pumps: COP 0.6 to 0.7
대체 프레온 히트 펌프: COP 4.5Alternative Freon Heat Pump: COP 4.5
공기 냉매 냉동기: COP 0.44Air refrigerant freezer: COP 0.44
궁극의 자연 냉매인 공기에 대해서는 공기 냉매 냉동기가 있다. 그러나, 공기 냉매 냉동기는 초저온 영역에서의 동결 등으로 용도가 한정되고, 또한 COP 0.44 정도이기 때문에 성능면에서 유리하지 않다.For air that is the ultimate natural refrigerant, there is an air refrigerant refrigerator. However, since the use of the air refrigerant refrigerator is limited to freezing in an ultra low temperature region and the like, and the COP is about 0.44, it is not advantageous in terms of performance.
또한, 작동 유체로서 공기를 사용하고, 재생 가능 에너지와 같은 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전 출력을 평활화하는 기술로서, 압축 공기 저장(CAES)이라고 불리는 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1의 CAES 발전 장치는 잉여의 발전 전력이 발생했을 때에 압축기로부터 토출되는 압축 공기를 축적하고, 필요할 때에 공기 터빈 발전기 등에서 전기로 재변환한다.In addition, a technique known as compressed air storage (CAES) is known as a technique of using air as a working fluid and smoothing irregular fluctuating unstable power output such as renewable energy. The CAES generator of
특허문헌 1의 CAES 발전 장치는 재생 가능 에너지와 같은 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전 출력을 평활화하는 것을 목적으로 하고, 공기를 냉매로 하는 히트 펌프로서 이용하는 것에 대해서는 특별히 시사되어 있지도 않다.The CAES power generation device of
본 발명은 CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여, 온열을 공급할 수 있는 공기 냉매 히트 펌프를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 종래부터 효율을 향상시킨 공기 냉매 히트 펌프를 제공하는 것을 과제로 한다.An object of this invention is to provide the air refrigerant heat pump which can supply heat using only air and water by using a part of CAES technology as a heat pump. Moreover, it is a subject to provide the air refrigerant heat pump which improved the efficiency conventionally.
본 발명은, 입력 전력에 의해 구동되는 전동기와, 상기 전동기와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에서 열교환하여 승온한 물을 취출하는 제1 온수 취출구를 구비하는, 히트 펌프를 제공한다.The present invention relates to an electric motor driven by an input electric power, a first compressor mechanically connected to the electric motor, to compress air, a first heat exchanger to exchange heat with compressed air and water compressed by the first compressor, and the first compressor. A heat pump having a first hot water outlet for taking out water heated by heat exchange in a first heat exchanger is provided.
제1 압축기의 압축열에 의해 공기 온도를 상승시키고, 제1 열교환기에서 온도 상승한 공기와 물로 열교환하여 물을 승온시켜 온수를 만듦으로써 제1 온수 취출구로부터 온수를 취출할 수 있다. 또한, 작동유체는 공기 및 물이기 때문에, 대기 중에 누설해도 무해하다.The hot water can be taken out from the first hot water outlet by raising the air temperature by the heat of compression of the first compressor, heat-exchanging the air with the temperature rise in the first heat exchanger, and raising the temperature of the water to create hot water. In addition, since the working fluid is air and water, it is harmless to leak in the air.
상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기에 의해 구동되는 팽창기와, 상기 팽창기와 기계적으로 접속된 부하 발생부와, 상기 팽창기에서 팽창된 공기와 물로 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에서 열교환하여 강온한 물을 취출하는 냉수 취출구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 팽창기에서 팽창되고 상기 제2 열교환기에 공급되는 공기는 -50℃ 내지 -110℃이다.An inflator driven by compressed air compressed by the first compressor, a load generator mechanically connected to the inflator, a second heat exchanger for exchanging heat with air and water expanded in the inflator, and a heat exchanger in the second heat exchanger It is preferable to further provide a cold water outlet for taking out the temperature of the water. More preferably, the air expanded in the expander and supplied to the second heat exchanger is -50 ° C to -110 ° C.
팽창기에 있어서의 팽창 시의 흡열에 의해 공기를 강온시키고, 바람직하게는 -50℃ 내지 -110℃로 강온시키고, 제2 열교환기에서 이 강온한 공기와 물로 열교환하고, 물을 냉각하여 냉수 취출구로부터 냉수로서 취출할 수 있다. 또한, 온수뿐만 아니라 냉수도 취출할 수 있기 때문에, COP를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.The air is lowered by the endotherm during expansion in the expander, preferably lowered to −50 ° C. to −110 ° C., heat exchanged with the lowered air and water in a second heat exchanger, and the water is cooled to cool the water outlet. It can be taken out as cold water. Moreover, since not only hot water but also cold water can be taken out, COP can be increased and a performance can be improved.
상기 제1 압축기에서 압축된 압축 공기를 저장하는 제1 축압부를 더 구비하고, 상기 팽창기는 상기 제1 축압부로부터 공급되는 압축 공기에 의해 구동되고, 상기 부하 발생부는 발전기이고, 상기 발전기는 상기 팽창기에 의해 구동되어 발전하는 것이 바람직하다.And a first accumulator for storing compressed air compressed by the first compressor, wherein the expander is driven by compressed air supplied from the first accumulator, the load generator is a generator, and the generator is the It is desirable to be driven by an inflator to generate power.
제1 축압부에 의해 압축 공기로서 에너지를 축적하고, 필요할 때에 압축 공기를 팽창기에 공급하여 발전기를 구동하여 발전함으로써, 냉열 및 온열뿐만 아니라, 전력의 평활화도 동시에 가능하다.By accumulating energy as compressed air by the first accumulator, and supplying compressed air to the expander when necessary to drive the generator to generate power, not only cooling and heating but also smoothing of electric power is possible at the same time.
상기 팽창기 및 상기 제1 축압부 중 적어도 하나에 유체적으로 접속된 제2 축압부와, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 압축 공기보다도 고압으로 공기를 압축하여 상기 제2 축압부에 공급하는 제2 압축기를 더 구비하는 것이 바람직하다.A second accumulator fluidly connected to at least one of the expander and the first accumulator, and a second compressed air supplied at a higher pressure than compressed air compressed by the first compressor and supplied to the second accumulator; It is preferable to further provide a compressor.
제2 축압부와 제2 압축기를 설치함으로써, 상용 전력 계통의 정전 등의 비상 시에 장시간에 걸쳐 긴급 전원과 냉수를 공급할 수 있다. 이것은, 데이터 센터나 대형의 컴퓨터 등의 정전 시에 있어서도 비상용 전력이 필요하고, 또한 대량의 냉열이 필요한 수요가에 대하여 특히 유효하다.By providing the second accumulator and the second compressor, emergency power and cold water can be supplied for a long time in an emergency such as a power failure of a commercial power system. This is particularly effective for a demand value in which emergency power is required and a large amount of cold heat is required even in a power failure of a data center or a large computer.
상기 발전기에서 발전한 전력의 공급처를, 상기 전동기 또는 수요처로 전환하는 전환 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable to further provide a switching mechanism for switching the supply source of electric power generated by the generator to the electric motor or the demand destination.
전환 기구를 설치함으로써, 필요에 따라 전력의 공급처를 전환할 수 있다. 구체적으로는, 통상 시에는 발전기의 발전 전력을 수요처에 공급하면서, 수요처로부터의 전력 수요가 없는 경우에는 전동기에 전력을 공급하여 제1 압축기를 구동함으로써, 발전기의 발전 전력을 유효 이용할 수 있다. 특히, 수요처로부터의 전력 수요가 없는 경우에는, 전력을 시스템 내에서 순환 이용하기 때문에, 시스템 외로부터 필요한 공급 전력을 저감시킬 수 있고, 따라서 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.By providing a switching mechanism, the power supply source can be switched as needed. Specifically, in normal times, the generator power is supplied to the demand source, and when there is no demand for power from the demand source, power is supplied to the electric motor to drive the first compressor, thereby effectively utilizing the generator power generated. In particular, when there is no demand for power from the demand source, power is circulated in the system, so that the required power supply from outside the system can be reduced, thereby increasing the coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance), thereby improving performance. You can.
상기 부하 발생부는 상기 전동기인 것이 바람직하다.It is preferable that the load generating unit is the electric motor.
전동기와 부하 발생부를 일체화함으로써, 장치의 구성 요소를 줄일 수 있고, 장치를 소형화할 수 있다. 특히, 부하 발생부가 발전기인 경우, 전동 발전기를 사용하여 제1 압축기와 팽창기를 기계적으로 접속하면 된다.By integrating the electric motor and the load generating unit, the components of the apparatus can be reduced and the apparatus can be miniaturized. In particular, when the load generator is a generator, the first compressor and the expander may be mechanically connected by using a motor generator.
상기 전동기 및 상기 부하 발생부에 기인하여 발생하는 열을 회수하고, 상기 회수한 열에 의해 물을 승온시키고, 제2 온수 취출구로부터 온수로서 취출하는 열회수 기구를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable to have the heat recovery mechanism which collect | recovers the heat which arises from the said electric motor and the said load generation part, heats up water by the collect | recovered heat, and takes out as hot water from a 2nd hot water outlet.
전동기 등에 기인하는 전기 손실이나 메카니즘 손실에 의해 발생하는 열을 회수하여 온수를 만들기 위해 이용할 수 있다.The heat generated by the electric loss or mechanism loss caused by the electric motor or the like can be recovered and used to make hot water.
본 발명에 따르면, 공기 냉매 히트 펌프에 있어서, CAES 기술의 일부를 히트 펌프로서 이용함으로써, 공기와 물만을 이용하여 온열을 공급할 수 있다. 또한, 종래부터 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, in the air refrigerant heat pump, by using a part of the CAES technology as the heat pump, it is possible to supply heat using only air and water. Moreover, efficiency can be improved conventionally.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.
도 2a는 도 1의 히트 펌프의 냉난방겸 발전 운전 시의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프.
도 2b는 도 1의 히트 펌프의 냉난방 전용 운전 시의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 히트 펌프의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a bar graph showing a breakdown of COP during heating and cooling operation of the heat pump of FIG. 1. FIG.
FIG. 2B is a bar graph showing the details of COP during the heating and cooling only operation of the heat pump of FIG. 1.
3 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of a heat pump according to a third embodiment of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.
(제1 실시 형태)(1st embodiment)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 발전 장치(4)로부터 입력 전력을 받고, 공기를 냉매로서 2종류의 온수(온수 A, B)와 냉수와 냉기를 작출하여, 난방 및 냉방에 이용한다. 작동유체는 공기 및 물이기 때문에, 대기 중에 누설해도 무해하다.1 shows a schematic configuration diagram of a
본 실시 형태에서는, 환경성을 고려하여 발전 장치(4)로서 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 것을 사용하고 있지만, 발전 장치(4)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 대체적으로는, 발전 장치(4)는 상용 전원에 접속된 전력 계통 등이어도 된다.In this embodiment, in consideration of environmental properties, a generator using renewable energy such as wind power generation or solar power generation is used as the
본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 모터(전동기)(6), 제1 압축기(8), 팽창기(10), 발전기(부하 발생부)(12), 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(18)를 구비하고, 공기 배관(20a 내지 20c) 및 급수 배관(22a 내지 22g)에 의해 이것들이 유체적으로 접속되어 있다.The
먼저, 공기 배관(20a 내지 20c)의 경로에 대하여 설명한다.First, the path of the
발전 장치(4)에 의해 발전된 전력은 모터(6)에 공급된다. 이후, 발전 장치(4)로부터 모터(6)에 공급되는 전력을 입력 전력이라고 한다. 모터(6)는 입력 전력에 의해 구동된다.Electric power generated by the
제1 압축기(8)는 모터(6)와 기계적으로 접속되어 있고, 모터(6)에 의해 구동된다. 제1 압축기(8)의 토출구(8b)는 공기 배관(20b)을 통해 팽창기(10)의 급기구(10a)와 유체적으로 접속되어 있다. 제1 압축기(8)는 모터(6)에 의해 구동되면, 흡기구(8a)로부터 공기를 흡기하고, 압축하여 토출구(8b)로부터 토출하고, 공기 배관(20b)을 통해 팽창기(10)로 압축 공기를 압송한다. 공기 배관(20b)에는 제1 열교환기(14)가 설치되어 있다.The
제1 열교환기(14)에서는 제1 압축기(8)로부터 팽창기(10)로 연장되는 공기 배관(20b) 내의 압축 공기와, 후술하는 급수부(28)로부터 제1 온수 취출구(38)로 연장되는 급수 배관(22b) 내의 물로 열교환하고, 제1 압축기(8)에서 발생한 압축열로 급수 배관(22b) 내의 물을 가열하고 있다. 즉, 제1 열교환기(14)에서는, 압축 공기의 온도는 저하되고, 물의 온도는 상승한다. 제1 열교환기(14)에서는 열교환량을 조정함으로써 각각 소정의 온도로 조정할 수 있고, 본 실시 형태에서는 물을 상온 이상으로 승온시키고, 압축 공기를 상온 이하로 강온시키고 있다. 여기서, 물의 상온이란, 공업 용수의 온도나, 쿨링타워를 사용하여 대기와 열교환한 후의 물의 온도 등이고, 일반적으로는 5 내지 30℃의 범위에서, 지역이나 계절에 의해 변동된다. 또한, 공기의 상온이란, 대기의 온도이고, 일반적으로는 0 내지 40℃의 범위에서, 지역이나 계절에 따라 변동된다.In the first heat exchanger (14), the compressed air in the air pipe (20b) extending from the first compressor (8) to the expander (10) and extending from the water supply unit (28) described later to the first hot water outlet (38). Heat is exchanged with water in the
팽창기(10)는 발전기(12)와 기계적으로 접속되어 있다. 급기구(10a)로부터 압축 공기가 급기된 팽창기(10)는 급기된 압축 공기에 의해 작동하고, 발전기(12)를 구동한다. 발전기(12)는 스위치(24)를 통해 전력 계통(16) 및 모터(6)에 전기적으로 접속되어 있다(도 1의 일점 쇄선 참조). 따라서, 발전기(12)에서 발전한 전력(이후, 발전 전력이라고 함)은 전력 계통(16) 또는 모터(6)에 공급된다. 발전 전력의 공급처는 스위치(전환 기구)(24)를 전환함으로써 변경할 수 있다. 스위치(24)의 전환은 전력 계통(16)으로부터 요구되는 수요 전력에 따라 전환되어도 된다. 구체적으로는, 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 불필요한 경우, 냉난방 전용 운전으로 하여, 스위치(24)를 전환하여 발전기(12)의 발전 전력을 제1 압축기(8)의 모터(6)에 공급한다. 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 필요한 경우, 냉난방 발전 겸용 운전으로 하여, 스위치(24)를 전환하여 발전기(12)의 발전 전력을 전력 계통(16)에 공급한다. 특히, 수요처로부터의 전력 수요가 없고, 발전기(12)로부터 전력 계통(16)으로 전력 송전이 불필요한 경우, 냉난방 전용 운전으로 하여 전력을 시스템 내에서 순환 이용하기 때문에, 모터(6)를 구동하기 위해 필요한 시스템 외로부터의 공급 전력을 저감시킬 수 있고, 따라서 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.The inflator 10 is mechanically connected to the
팽창기(10)에서 팽창된 공기는 팽창 시의 흡열에 의해 냉각되고, 배기구(10b)로부터 공기 배관(20c) 내로 송출된다. 팽창기(10)의 급기구(10a)에 공급된 압축 공기는 제1 열교환기(14)에 의해 상온 이하로 강온되어 있기 때문에, 팽창기(10)에서 더욱 냉각됨으로써 확실하게 상온 이하의 냉기로서 공기 배관(20c) 내로 송출된다. 공기 배관(20c)에는 제2 열교환기(18)가 설치되어 있다. 상온 이하로 강온한 냉기는 공기 배관(20c)을 통해 제2 열교환기(18)에 공급된다.The air expanded in the
제2 열교환기(18)에서는 팽창기(10)로부터 냉기 취출구(26)까지 연장되는 공기 배관(20c) 내의 상온 이하의 공기와, 후술하는 분류부(36)로부터 냉수 취출구(30)까지 연장되는 급수 배관(22c) 내의 물로 열교환하고, 물을 상온 이하로 강온시키고 있다. 즉, 제2 열교환기(18)에서는, 공기의 온도는 상승하고, 물의 온도는 저하된다. 단, 제2 열교환기(18)에서는 열교환량을 조정함으로써, 공기는 가열되지만 상온 이하로 유지되어 있다. 제2 열교환기(18)에서의 열교환 후, 상온 이하로 유지된 공기, 즉 냉기는 공기 배관(20c)을 통해 냉기 취출구(26)에 공급되고, 냉기 취출구(26)로부터 히트 펌프의 외부로 취출되고, 냉방에 이용된다. 냉방의 수요처는, 예를 들어 컴퓨터의 냉각에 방대한 냉방이 요구되는 데이터 센터나, 제조 공정에 있어서의 제약으로부터 일정 온도로 조정해 두는 것이 요구되는 정밀 기계 공장 및 반도체 공장 등이 있다.In the
이어서, 급수 배관(22a 내지 22g)의 경로에 대하여 설명한다.Next, the path | route of the
급수부(28)로부터 공급된 물은 급수 배관(22a) 내에서 펌프(32a)에 의해 가압되어 유동한다. 급수 배관(22a)에는 쿨링타워(34)가 설치되어 있고, 급수 배관(22a) 내의 물은 쿨링타워(34)에 의해 일정 온도까지 냉각된다. 냉각 온도는, 예를 들어 상온 정도여도 되고, 개개의 열교환기(14, 18, 40, 42)에 있어서의 열교환량에 기초하여 결정되어도 된다. 급수 배관(22a)은 쿨링타워(34) 하류의 분류부(36)에서 급수 배관(22b 내지 22e)으로 나뉜다.Water supplied from the
급수 배관(22b)은 일단이 분류부(36), 타단이 제1 온수 취출구(38)에 접속되어 있다. 급수 배관(22b)에 설치된 제1 열교환기(14)에 있어서 상온 이상으로 승온한 물은 제1 온수 취출구(38)로부터 온수 A로서 히트 펌프의 외부로 취출되고, 난방 등에 이용된다.One end of the
급수 배관(22c)은 일단이 분류부(36), 타단이 냉수 취출구(30)에 접속되어 있다. 급수 배관(22c)에 설치된 제2 열교환기(18)에 있어서 상온 이하로 강온한 물은 냉수 취출구(30)로부터 냉수로서 히트 펌프의 외부로 취출되고, 냉방 등에 이용된다. 이와 같이, 온수뿐만 아니라 냉수도 취출할 수 있기 때문에, 성적 계수 COP를 증가시켜, 성능을 향상시킬 수 있다.One end of the
급수 배관(22d)은 일단이 분류부(36), 타단이 제2 온수 취출구(44)에 접속되어 있다. 급수 배관(22e)은 일단이 분류부(36), 타단이 제3 열교환기(40) 하류의 급수 배관(22d)에 합류하고 있다. 급수 배관(22d) 및 급수 배관(22e)에는 내부의 물을 승온시키기 위해, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)가 각각 설치되어 있다.One end of the
본 실시 형태에서는 모터(6) 및 발전기(12)에 기인하는 전기 손실이나 메커니컬 손실과 같은 압축열과 비교하면 작지만 온수를 작출할 수 있는 열도 회수하기 위해, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)가 설치되어 있다. 전기 손실에는 모터(6) 및 발전기(12)에 기인하는 도시하지 않은 인버터 손실 및 컨버터 손실을 포함한다. 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서는 급수 배관(22d) 및 급수 배관(22e) 내의 물과, 모터(6) 및 발전기(12)로부터 열 회수 펌프(32b, 32c)에 의해 순환하는 열매체 배관(21a, 21b) 내의 윤활유 등의 열매체로 각각 열교환하고 있다. 즉, 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서는 물의 온도는 상승하고, 열매체의 온도는 저하된다. 소정의 온도까지 승온된 물은 온수 B로서 제2 온수 취출구(44)로부터 히트 펌프의 외부로 취출된다. 따라서, 열매체 배관(21a, 21b), 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)는 본 발명의 열회수 기구(46)에 포함된다. 제2 온수 취출구(44)로부터 취출된 온수 B는 제1 온수 취출구(38)로부터 취출된 온수 A보다, 통상 온도가 낮기 때문에, 비교적 저온에서도 이용 가능한 온욕 시설, 온수 풀 및 농업 시설 등에서 난방에 이용하는 것이 생각된다.In the present embodiment, the
냉방 및 난방에 이용된 냉수 및 온수 A, B는 급수 배관(22f, 22g)을 통해 배수부(48)로부터 회수된다. 배수부(48)와 급수부(28)는 도시하지 않은 배관에 의해 접속되어 있고, 배수부(48)로부터 회수된 물은 다시 급수부(28)로부터 급수 배관(22a)을 통해 쿨링타워(34)를 거쳐서 개개의 열교환기(14, 18, 40, 42)에 공급된다. 즉, 본 실시 형태에서 사용되는 물은 급수 배관(22a 내지 22g)에 있어서 순환 사용되어 있다.Cold water and hot water A and B used for cooling and heating are recovered from the
바람직하게는, 제1 열교환기(14) 및 제2 열교환기(18)는 원하는 온도의 온수 A, B, 냉수 및 냉기를 얻기 위해 대용량의 열교환이 가능한 플레이트 열교환기를 사용하는 편이 좋다.Preferably, the
또한, 본 실시 형태의 제1 압축기(8) 및 팽창기(10)는 그 종류는 한정되지 않고, 스크루식, 스크롤식, 터보식 및 레시프로식 등이어도 된다. 단, 본 실시 형태의 발전 장치(4)에 대응하도록 재생 가능 에너지 등의 불규칙하게 변동되는 입력 전력에 대해서는, 응답성 높게 리니어에 추종하기 때문에 스크루식이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 제1 압축기(8) 및 팽창기(10)의 수는 모두 1대이지만, 대수는 특별히 한정되지 않고, 2대 이상을 병렬로 설치해도 된다.In addition, the kind of the
히트 펌프(2)의 성능에 대하여 설명한다.The performance of the
히트 펌프(2)와 같은 냉난방 시스템의 성능을 평가하기 위한 계수로서 성적 계수 COP가 있다. COP는 시스템으로의 공급 전력 Li를 발생 전열량 LQ로 나눔으로써 구해진다(COP=LQ/Li). 본 실시 형태에서는, 스위치(24)에 의해, 냉난방 발전 겸용 운전과 냉난방 전용 운전이 전환 가능하다. 따라서, 양 운전 모드에 대하여, 이하, 시스템으로의 공급 전력 Li나 발생 전열량 LQ의 개개의 회수 열량을 예시하면서 설명하지만, 예시하는 수치에 대해서는 특별히 본 발명의 범위를 한정하는 의도는 아니다.There is a grade factor COP as a coefficient for evaluating the performance of a cooling and heating system such as the
도 2a는 본 실시 형태의 냉난방 발전 겸용 운전인 경우, 도 2b는 냉난방 전용 운전인 경우의 COP의 내역을 나타내는 막대 그래프이다.FIG. 2A is a bar graph showing the breakdown of the COP in the case of the cooling / heating combined use operation of the present embodiment, and FIG. 2B.
먼저, 도 2a를 참조하여 냉난방 발전 겸용 운전인 경우에 대하여 설명한다.First, with reference to Figure 2a will be described the case of combined operation of heating and cooling power generation.
시스템으로의 공급 전력 Li는 발전 장치(4)에 의해 발전되고, 모터(6)를 구동하기 위해 발전 장치(4)로부터 90㎾ 정도의 전력으로서 공급된다.The power supply Li to the system is generated by the
발생 전열량 LQ는 취출한 온수 A, 온수 B, 냉수 및 냉기의 열량의 합계에, 발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급한 전력량 Lg를 가산한 것으로 표현된다.The generated heat transfer amount LQ is expressed by adding the amount of power Lg generated by the
제1 온수 취출구(38)로부터 취출되는 온수 A는 제1 압축기(8)에 있어서의 압축열을 이용하여 제1 열교환기(14)에서 가열된 온수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 90℃ 정도의 온수 A를 회수할 수 있고, 회수 열량은 65㎾ 정도이다. 온수 A의 회수 온도는 제1 압축기(8)의 토출 공기 온도가 -10℃ 내지 60℃ 정도가 되도록 제1 열교환기(14)의 사양을 조정하여 결정해도 된다.The hot water A taken out from the first
제2 온수 취출구(44)로부터 취출되는 온수 B는 모터(6) 및 발전기(12)에 있어서의 전기 손실이나 메커니컬 손실에 의해 발생하는 열을 이용하여 제3 열교환기(40) 및 제4 열교환기(42)에서 가열된 온수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 70℃ 정도의 온수 B를 회수할 수 있고, 회수 열량은 15㎾ 정도이다.The hot water B taken out from the second
냉기 취출구(26)로부터 취출되는 냉기는 팽창기(10)에 있어서의 팽창 시의 흡열에 의해 냉각된 냉기이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 팽창기(10)의 배기구(10b)로부터 송출되는 냉기가 -50℃ 내지 -110℃ 정도이고, 그곳으로부터 제2 열교환기(18)에서 가열되고 최종적으로 10℃ 내지 17℃ 정도의 냉기를 회수할 수 있고, 회수 열량은 7㎾ 정도이다.The cold air taken out from the
냉수 취출구(30)로부터 취출되는 냉수는 팽창기(10)로부터 송출되는 냉기에 의해 제2 열교환기(18)에서 냉각된 냉수이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 7℃ 정도의 냉수를 회수할 수 있고, 회수 열량은 40㎾ 정도이다.Cold water taken out from the
발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급하는 전력량 Lg는 40kw 정도이다.The amount of power Lg generated by the
발생 전열량 LQ는 이것들의 합계이기 때문에 LQ=167(=15+65+40+7+40)kW가 된다.Since the total amount of heat generated LQ is the sum of these, LQ = 167 (= 15 + 65 + 40 + 7 + 40) kW.
따라서, 본 실시 형태에 있어서의 냉난방 발전 겸용 운전 시의 히트 펌프(2)의 성적 계수는 COP=1.86(=167kW/90kW)이 된다.Therefore, the coefficient of performance of the
이어서, 도 2b를 참조하여 냉난방 전용 운전인 경우에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 2B, the case of only a heating / cooling operation is demonstrated.
시스템으로의 공급 전력 Li는 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 발전 장치(4)에 의해 발전되고, 모터(6)를 구동하기 위해 50㎾ 정도의 전력으로서 공급된다. 모터(6)를 구동하기 위해서는 90㎾ 정도의 전력이 필요하지만, 냉난방 전용 운전인 경우, 발전기(12)로부터 나머지의 40㎾ 정도의 전력이 시스템 내에서 순환 공급된다. 따라서, 시스템으로의 공급 전력 Li는 50㎾ 정도가 된다.The power supply Li to the system is generated by the
발생 전열량 LQ는 개별적으로 취출하는 열량(온수 A, B, 냉수 및 냉기)은 냉난방 발전 겸용 운전인 경우와 바뀌지 않지만, 발전기(12)에서 발전하여 전력 계통(16)에 공급하는 전력량 Lg는 존재하지 않기 때문에 0㎾가 된다. 따라서, 발생 전열량 LQ는 이것들의 합계이기 때문에 LQ=127(=15+65+40+7+0)kW가 된다.The amount of heat generated LQ does not change as the amount of heat taken out separately (hot water A, B, cold water and cold air) from the case of the combined operation of heating and cooling power generation, but the amount of electricity Lg generated by the
따라서, 본 실시 형태에 있어서의 냉난방 전용 운전 시의 히트 펌프(2)의 성적 계수는 COP=2.54(=127kW/50kW)가 되고, 종래까지의 공기 냉매의 히트 펌프로부터 크게 성능이 개선되고, 종래까지 곤란했던 COP=2.0을 초과한다.Therefore, the coefficient of performance of the
(제2 실시 형태)(2nd embodiment)
도 3은 제2 실시 형태의 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 모터와 발전기가 일체로 된 전동 발전기(50)가 사용되고 있는 것에 관한 것 이외는 도 1의 제1 실시 형태의 구성과 실질적으로 마찬가지이다. 따라서, 도 1에 나타낸 구성과 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.3 shows a schematic configuration diagram of the
본 실시 형태에서는, 모터와 발전기가 일체로 된 전동 발전기(50)를 통해 동축에 제1 압축기(8)와 팽창기(10)가 기계적으로 접속되어 있다. 전동 발전기(50)를 사용하여 제1 압축기(8)와 팽창기(10)를 접속함으로써, 압축 공기의 대기 팽창 토크를 공기 압축 토크의 보조로서 사용할 수 있고, 전동 발전기(50)로의 입력 전력을 저감시킬 수 있다. 제1 실시 형태로부터 발전기(12)(도 1 참조)가 실질적으로 생략된 것으로, 열회수 기구(46)가 간략화되고, 제1 실시 형태로부터 열매체 배관(21b)(도 1 참조), 펌프(32c) 및 제4 열교환기(42)(도 1 참조)가 생략되어 있다. 이로 인해, 시스템 코스트를 저감시킬 수 있음과 함께, 발전기에 있어서의 전기 손실이나 메카니즘 손실, 또한 발전기용 인버터 손실 및 컨버터 손실을 삭감할 수 있다.In the present embodiment, the
(제3 실시 형태)(Third embodiment)
도 4는 제3 실시 형태의 히트 펌프(2)의 개략 구성도를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 히트 펌프(2)는 압축 공기 저장(CAES) 발전 장치(2)이다. 구체적으로는, CAES 발전 장치(2)는, 도 1에 나타내는 제1 실시 형태의 히트 펌프(2)의 구성에 더하여, 제1 축압 탱크(제1 축압부)(52) 및 제2 축압 탱크(제2 축압부)(54)를 구비한다. CAES 발전 장치(2)는 압축 공기의 형식으로 에너지를 저장할 수 있고, 필요에 따라 전력으로 변환할 수 있기 때문에, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 재생 가능 에너지를 이용한 발전 장치(4)와 같이 발전하는 전력이 불규칙하게 변동되는 불안정한 발전을 평활화할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 구성이 공통되는 부분이 많기 때문에, 도 1에 나타낸 구성과 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.4 shows a schematic configuration diagram of the
본 실시 형태의 CAES 발전 장치(2)는 제1 압축기(8)로부터 팽창기(10)로 연장되는 공기 배관(20b)에 제1 압축기(8)로부터 토출된 압축 공기를 저장하는 제1 축압 탱크(52)가 설치되어 있다. 즉, 제1 축압 탱크(52)에는 압축 공기의 형식으로 에너지를 축적할 수 있다. 제1 축압 탱크(52)에서 축적된 압축 공기는, 공기 배관(20c)을 통해 팽창기(10)에 공급된다. 공기 배관(20c)에는 밸브(56)가 설치되어 있고, 밸브(56)를 개폐함으로써 팽창기(10)로의 압축 공기의 공급을 허용 또는 차단할 수 있다. 제1 축압 탱크(52)에 의해 압축 공기로서 에너지를 저장하고, 필요에 따라 팽창기(10)에 압축 공기를 공급하여 발전기(12)를 구동하여 발전함으로써 재생 가능 에너지에 의한 발전 장치(4)의 발전 출력을 평활화할 수 있다.The CAES
또한, 본 실시 형태의 CAES 발전 장치(2)는 제1 압축기(8)보다도 공기를 고압으로 압축하는 제2 압축기(58)와, 제1 축압 탱크(52)의 허용 축압값보다도 고압의 허용 축압값을 갖는 제2 축압 탱크(54)를 구비한다. 여기서 허용 축압값이란, 축압 탱크의 고장이나 파괴로 연결되지 않는 최고 사용 압력을 말한다.In addition, the CAES
제2 압축기(58)에는 제1 압축기(8)와 마찬가지로 모터(7)가 기계적으로 접속되어 있다. 제2 압축기(58)는 모터(7)에 구동되고, 흡기구(58a)로부터 흡기하고, 제1 압축기(8)보다도 고압으로 공기를 압축하고, 토출구(58b)로부터 제2 축압 탱크(54)로 압축 공기를 공급한다. 따라서, 제2 축압 탱크(54) 내의 압력은, 통상, 제1 축압 탱크(52) 내의 압력보다도 높다. 제1 축압 탱크와 제2 축압 탱크(54)의 압력(축압값)의 예로서, 제1 축압 탱크(52)를 0.98㎫ 미만으로 하고, 제2 축압 탱크(54)를 4.5㎫ 정도로 하는 것이 생각된다.Like the
제2 축압 탱크(54)는 제1 축압 탱크(52) 및 팽창기(10)와 공기 배관(20d)을 통해 유체적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 공기 배관(20d)의 일단은 제2 축압 탱크(54)에 유체적으로 접속되고, 타단은 공기 배관(20c)에 유체적으로 접속되어 있다. 공기 배관(20d)에는 유량 조정 밸브(60)가 설치되어 있고, 유량 조정 밸브(60)의 개방도를 조정함으로써 제1 축압 탱크(52) 및 팽창기(10)에 공급하는 공기의 유량을 조정할 수 있다. 팽창기(10)에 감압한 고압 공기를 공급함으로써 발전기(12)를 구동하여 발전하고, 제1 축압 탱크(52)에 감압한 고압 공기를 공급함으로써 감소한 제1 축압 탱크(52)에 저장된 압축 공기량을 보충할 수 있다.The second
제2 축압 탱크(54)와 제2 압축기(58)를 설치함으로써, 정전 등의 비상 시에 장시간에 걸쳐 긴급 전원과 냉방을 공급할 수 있다. 구체적으로는, 통상 시, 유량 조정 밸브(60)가 폐쇄되어 있고, 제2 축압 탱크(54)의 내압이 높게 유지되어 있다. 정전 등이 일어나 많은 발전량이 필요한 경우나, 장시간 발전하여 제1 축압 탱크(52)의 내압이 저하된 경우에, 유량 조정 밸브(60)를 개방하여, 제2 축압 탱크(54)로부터 팽창기(10)로 많은 압축 공기를 공급한다. 이에 의해, 팽창기(10)에 의해 구동되는 발전기(12)의 발전량의 저하를 방지할 수 있고, 동시에 냉기 및 냉수를 취출할 수도 있다. 이것은 데이터 센터나 대형의 컴퓨터 등의 대량의 냉열이 필요한 수요가에 대하여 특히 유효하다.By providing the second
2 : 히트 펌프(압축 공기 저장(CAES) 발전 장치)
4 : 발전 장치
6, 7 : 모터(전동기)
8 : 제1 압축기
8a : 흡기구
8b : 토출구
10 : 팽창기
10a : 급기구
10b : 배기구
12 : 발전기(부하 발생부)
14 : 제1 열교환기
16 : 전력 계통
18 : 제2 열교환기
20a, 20b, 20c, 20d : 공기 배관
21a, 21b : 열매체 배관
22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g : 급수 배관
24 : 스위치(전환 기구)
26 : 냉기 취출구
28 : 급수부
30 : 냉수 취출구
32a, 32b, 32c : 펌프
34 : 쿨링타워
36 : 분류부
38 : 제1 온수 취출구
40 : 제3 열교환기
42 : 제4 열교환기
44 : 제2 온수 취출구
46 : 열회수 기구
48 : 배수부
50 : 전동 발전기
52 : 제1 축압 탱크(제1 축압부)
54 : 제2 축압 탱크(제2 축압부)
56 : 밸브
58 : 제2 압축기
58a : 흡기구
58b : 토출구
60 : 유량 조정 밸브2: heat pump (compressed air storage (CAES) generator)
4: power generation device
6, 7: motor (motor)
8: first compressor
8a: intake vent
8b: discharge port
10: inflator
10a: air supply
10b: exhaust vent
12: generator (load generator)
14: first heat exchanger
16: power system
18: second heat exchanger
20a, 20b, 20c, 20d: air piping
21a, 21b: heat medium piping
22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g: water supply pipe
24: switch (switching mechanism)
26: cold air outlet
28: water supply
30: cold water outlet
32a, 32b, 32c: pump
34: Cooling Tower
36: classification unit
38: first hot water outlet
40: third heat exchanger
42: fourth heat exchanger
44: second hot water outlet
46: heat recovery mechanism
48: drain
50: motor generator
52: first accumulator tank (first accumulator)
54: second accumulator tank (second accumulator)
56: valve
58: second compressor
58a: intake vent
58b: discharge port
60: flow regulating valve
Claims (8)
입력 전력에 의해 구동되는 전동기와,
상기 전동기와 기계적으로 접속되고, 공기를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기와 물로 열교환하는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기에서 열교환하여 승온한 물을 난방에 이용하기 위해 상기 히트 펌프의 외부로 취출하는 제1 온수 취출구와,
상기 제1 압축기에서 압축한 압축 공기에 의해 구동되는 팽창기와,
상기 팽창기와 기계적으로 접속된 부하 발생부와,
상기 팽창기에서 팽창된 공기와 물로 열교환하는 제2 열교환기와,
상기 제2 열교환기에서 열교환하여 강온한 물을 냉방에 이용하기 위해 상기 히트 펌프의 외부로 취출하는 냉수 취출구
를 구비하는, 히트 펌프.In a heat pump using air as a refrigerant,
An electric motor driven by input power,
A first compressor mechanically connected to the electric motor and compressing air;
A first heat exchanger configured to exchange heat with compressed air compressed by the first compressor and water;
A first hot water outlet for taking out the water heated by heat exchange in the first heat exchanger to the outside of the heat pump for use in heating;
An expander driven by compressed air compressed by the first compressor;
A load generation unit mechanically connected to the inflator;
A second heat exchanger configured to exchange heat with water and air inflated by the expander;
Cold water outlet for taking out the heat of the heat exchanger in the second heat exchanger to the outside of the heat pump for cooling
And a heat pump.
상기 제1 온수 취출구로부터 취출되어 외부에서 난방에 이용된 물을 상기 히트 펌프의 상기 제1 열교환기에 다시 공급하는 제1 급수 배관과,
상기 냉수 취출구로부터 취출되어 외부에서 냉방에 이용된 물을 상기 히트 펌프의 상기 제2 열교환기에 다시 공급하는 제 2 급수 배관
을 더 구비하는, 히트 펌프.The method of claim 1,
A first water supply pipe for supplying water, which is drawn out of the first hot water outlet and used for external heating, to the first heat exchanger of the heat pump again;
A second water supply pipe for supplying water extracted from the cold water outlet and used for cooling externally to the second heat exchanger of the heat pump;
Further comprising a heat pump.
상기 팽창기는 상기 제1 축압부로부터 공급되는 압축 공기에 의해 구동되고,
상기 부하 발생부는 발전기이고,
상기 발전기는 상기 팽창기에 의해 구동되어 발전하는, 히트 펌프.According to any one of claims 1 to 3, further comprising a first accumulator for storing the compressed air compressed by the first compressor,
The inflator is driven by the compressed air supplied from the first accumulator,
The load generator is a generator,
The generator is driven by the inflator to generate power.
상기 제1 압축기에 의해 압축된 압축 공기보다도 고압으로 공기를 압축하여 상기 제2 축압부에 공급하는 제2 압축기
를 더 구비하는, 히트 펌프.5. The pressure accumulator of claim 4, further comprising: a second accumulator fluidly connected to at least one of the expander and the first accumulator;
A second compressor which compresses air at a higher pressure than compressed air compressed by the first compressor and supplies the compressed air to the second accumulator;
Further comprising a heat pump.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPJP-P-2015-212098 | 2015-10-28 | ||
JP2015212098A JP6571491B2 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | heat pump |
PCT/JP2016/080978 WO2017073433A1 (en) | 2015-10-28 | 2016-10-19 | Heat pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180073628A KR20180073628A (en) | 2018-07-02 |
KR102045273B1 true KR102045273B1 (en) | 2019-11-18 |
Family
ID=58630229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020187014310A KR102045273B1 (en) | 2015-10-28 | 2016-10-19 | Heat pump |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11079143B2 (en) |
EP (1) | EP3370018A4 (en) |
JP (1) | JP6571491B2 (en) |
KR (1) | KR102045273B1 (en) |
CN (1) | CN108139125A (en) |
MY (1) | MY192261A (en) |
WO (1) | WO2017073433A1 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2018212001A1 (en) * | 2017-01-30 | 2019-08-22 | The Regents Of The University Of California | Storage-combined cold, heat and power |
JP6944262B2 (en) * | 2017-03-29 | 2021-10-06 | 株式会社神戸製鋼所 | Compressed air storage power generator |
WO2019004967A2 (en) * | 2017-04-14 | 2019-01-03 | Sabanci Üniversitesi | Heat exchanger with enhanced heat transfer surfaces |
US10551106B2 (en) * | 2017-06-28 | 2020-02-04 | Heatcraft Refrigeration Products Llc | Refrigeration system using emergency electric power |
CN109026614B (en) * | 2018-07-25 | 2019-08-09 | 清华大学 | The energy-storage system and its application method of quick response |
JP6965221B2 (en) * | 2018-09-13 | 2021-11-10 | 三菱パワー株式会社 | Gas turbine system |
JP6889752B2 (en) * | 2019-05-10 | 2021-06-18 | 株式会社神戸製鋼所 | Compressed air storage power generator |
CN111140298B (en) * | 2020-01-07 | 2024-01-26 | 上海锅炉厂有限公司 | Distributed cogeneration compressed air energy storage system |
DE102020105132A1 (en) | 2020-02-27 | 2021-09-02 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Cooling arrangement for cooling the charge air of a supercharged internal combustion engine |
JP2022057217A (en) * | 2020-09-30 | 2022-04-11 | ダイキン工業株式会社 | Absorptive heat pump |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001115859A (en) * | 1999-10-19 | 2001-04-24 | Toshiba Corp | Caes power generating system |
JP2003081185A (en) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Yanmar Co Ltd | Power generating and propelling system for ship |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH659855A5 (en) * | 1981-11-16 | 1987-02-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | AIR STORAGE POWER PLANT. |
JPS6080036A (en) * | 1983-10-07 | 1985-05-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Heating apparatus |
JP2622984B2 (en) | 1988-03-28 | 1997-06-25 | 三洋電機株式会社 | Air conditioner |
JPH01314829A (en) * | 1988-06-14 | 1989-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | Space heater |
JPH0365830U (en) | 1989-10-31 | 1991-06-26 | ||
JPH0772630B2 (en) | 1991-02-06 | 1995-08-02 | 三菱重工冷熱機材株式会社 | Water heat exchanger |
JP3112043B2 (en) | 1992-03-23 | 2000-11-27 | 株式会社デンソー | Electric vehicle heating system |
IL108546A (en) * | 1994-02-03 | 1997-01-10 | Israel Electric Corp Ltd | Compressed air energy storage method and system |
US5495709A (en) * | 1994-08-05 | 1996-03-05 | Abb Management Ag | Air reservoir turbine |
JP2944501B2 (en) * | 1996-02-02 | 1999-09-06 | 鹿島建設株式会社 | Cold air supply unit |
JP2002273497A (en) * | 2001-03-23 | 2002-09-24 | Fuji Clean Kogyo Kk | Sludge drying method and equipment for the same |
JP2003065621A (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-05 | Shimadzu Corp | Cooling system |
JP2005140444A (en) | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Air conditioner and its control method |
US8656712B2 (en) * | 2007-10-03 | 2014-02-25 | Isentropic Limited | Energy storage |
US7958731B2 (en) | 2009-01-20 | 2011-06-14 | Sustainx, Inc. | Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems |
US20110127004A1 (en) | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Freund Sebastian W | Regenerative thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system |
JP5747309B2 (en) * | 2011-07-29 | 2015-07-15 | 一般財団法人電力中央研究所 | CAES system and power plant having the same |
US9243558B2 (en) * | 2012-03-13 | 2016-01-26 | Storwatts, Inc. | Compressed air energy storage |
ITFI20120075A1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-13 | Nuovo Pignone Srl | "COMPRESSED-AIR ENERGY-STORAGE SYSTEM" |
US9383105B2 (en) * | 2012-07-30 | 2016-07-05 | Apex Compressed Air Energy Storage, Llc | Compressed air energy storage system having variable generation modes |
JP2014158366A (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-28 | Fanuc Ltd | Cooling system and cooling method of dynamo-electric machine |
CN103397940A (en) * | 2013-08-18 | 2013-11-20 | 张茂勇 | Composite energy storage electricity generation system based on air compression and waste energy recovery |
JP5747058B2 (en) * | 2013-08-22 | 2015-07-08 | 株式会社日立産機システム | Compressor |
US20150322874A1 (en) * | 2014-05-10 | 2015-11-12 | Scuderi Group, Inc. | Power generation systems and methods |
JP6511378B2 (en) * | 2015-09-29 | 2019-05-15 | 株式会社神戸製鋼所 | Compressed air storage power generation device and compressed air storage power generation method |
-
2015
- 2015-10-28 JP JP2015212098A patent/JP6571491B2/en active Active
-
2016
- 2016-10-19 CN CN201680062951.9A patent/CN108139125A/en active Pending
- 2016-10-19 US US15/770,559 patent/US11079143B2/en active Active
- 2016-10-19 KR KR1020187014310A patent/KR102045273B1/en active IP Right Grant
- 2016-10-19 EP EP16859663.3A patent/EP3370018A4/en not_active Withdrawn
- 2016-10-19 WO PCT/JP2016/080978 patent/WO2017073433A1/en active Application Filing
- 2016-10-19 MY MYPI2018701607A patent/MY192261A/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001115859A (en) * | 1999-10-19 | 2001-04-24 | Toshiba Corp | Caes power generating system |
JP2003081185A (en) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Yanmar Co Ltd | Power generating and propelling system for ship |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6571491B2 (en) | 2019-09-04 |
US11079143B2 (en) | 2021-08-03 |
US20190056152A1 (en) | 2019-02-21 |
WO2017073433A1 (en) | 2017-05-04 |
EP3370018A1 (en) | 2018-09-05 |
CN108139125A (en) | 2018-06-08 |
MY192261A (en) | 2022-08-14 |
JP2017083082A (en) | 2017-05-18 |
EP3370018A4 (en) | 2019-06-12 |
KR20180073628A (en) | 2018-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102045273B1 (en) | Heat pump | |
US10358975B2 (en) | Compressed air energy storage and power generation device | |
US10892642B2 (en) | Compressed air energy storage power generation apparatus and compressed air energy storage power generation method | |
US10704426B2 (en) | Method for cooling off the compressed gas of a compressor installation and compressor installation in which this method is applied | |
US10794278B2 (en) | Compressed air storage power generation device | |
WO2016203980A1 (en) | Compressed air energy storage power generation device, and compressed air energy storage power generation method | |
WO2016181884A1 (en) | Compressed air energy storage and power generation device | |
JP2011012659A (en) | Compressor | |
JP2016211436A (en) | Compressed air energy storage power generation device | |
JP5747058B2 (en) | Compressor | |
US10590959B2 (en) | Methods and systems for cooling a pressurized fluid with a reduced-pressure fluid | |
JP6906013B2 (en) | heat pump | |
CN110892139A (en) | Compressed air storage power generation device | |
JP6793616B2 (en) | Compressed air storage power generation device and compressed air storage power generation method | |
JP2021096043A (en) | Exhaust heat recovery system and gas compressor used for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |